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随着城镇化和工业化的急速发展，污水处理问题迫在眉睫。目前，活性污泥法是最常见的污水处理工艺，但其污泥产量高而带来的污泥处置难题却是不可避免的。以SANI工艺为代表的硫还原污水处理工艺，自2006年提出以来，经过小试、中试和生产性实验，已被证实具有极低的污泥产率，相对于活性污泥法其污泥减量效果显著。这一工艺主要依赖硫酸盐还原菌的异养生长来实现有机物去除，而硫酸盐还原菌的细胞产率较低，因而可以实现较低的污泥产率。然而，由于常规的市政污水中硫酸盐浓度较低，目前SANI仅适用于实施海水冲厕的香港地区——因此可致污水硫酸盐浓度达到600-1000 mg/L。因此，基于硫还原的污水处理工艺虽然具有显著的污泥减量效果，却由于缺乏硫源无法推广。 为了解决上述缺少硫源的问题，本课题提出单质硫内循环工艺(ISCProcess)。这一工艺与SANI的本质区别，在于使用固态的单质硫(S0)作为硫还原污水处理过程的电子受体，并利用选择性生物硫氧化实现单质硫的回收再利用，最终实现单质硫在整个系统内的闭环循环，从而使污泥产率极低的硫还原污水处理工艺可以适用于各种市政污水处理。 本研究中，建立了完整的ISC工艺小试系统，包括厌氧单质硫还原反应器(SRR)和微氧硫氧化反应器(SOR)两个主体反应器——在SRR中，在厌氧条件下通过单质硫还原的作用实现有机碳的去除;在SOR中，在微氧条件下通过硫氧化作用将硫化物转化成单质硫回收利用，同时进一步去除有机碳。 为了证明该工艺的可行性，本课题开展了长周期的小试实验，结果如下: （一）经过长周期的小试实验，结果表明ISC小试系统实现了94±2％的有机碳平均去除率（其中，SRR实现81±7％的去除率），且污泥产率仅为0.067gVSS/gCOD（其中，SRR内污泥产率仅为0.05 gVSS/gCOD），污泥减量效果明显。与此同时，整个运行过程皆在常温进行，经历了冬季低温与夏季高温，系统运行正常，无需加热。 （二）以硫磺(99.99％)为填料的厌氧硫还原生物膜反应器，采取上流式进水方式连续运行200天，运行状况良好，平均有机物去除率为81±7％，水力停留时间为4.5小时，有机负荷达到1.57 kg COD/m3-d。研究表明，SRR反应器中，有机物的去除主要通过单质硫异养还原过程实现，贡献率约75％，这表明，单质硫还原菌(Sulfur-reducer)为有机物去除的主要贡献者; （三）微氧硫氧化生物膜反应器，采取上流式的进水方式连续运行50天，以SRR出水作为该进水，最终HRT稳定在5.2h，硫化物去除率达94±6％，其中单质硫选择转化率达到85±11％。同时，SRR出水中的残余有机物在SOR中得到进一步的去除，出水有机物浓度进一步下降。为回收利用单质硫，SOR出水在沉淀池中进一步沉淀收集处理。将沉淀池中的样品并进行XRD测试，结果表明，该样本为斜方硫(S8)。 （四）将厌氧单质硫还原反应器和微氧硫氧化反应器内长期驯化的污泥进行罗氏454高通量测序技术分析。结果显示，反应系统内，主要以单质硫还原菌、硫代硫酸盐还原菌和水解发酵菌为主，Sedimentibacte、Clostridiu和Tissierella_Soehngenia是兼性菌，不仅具有单质硫还原的作用，同时具有硫代硫酸盐还原作用，Caloramator为专性单质硫还原菌， Trichococcus和Leuconostoc是反应器中主要水解发酵菌。在微氧硫氧化反应器中，主要硫氧化菌为Ignavibacteriaceae、Halothiobacillus和Thiomonas，其中不同的是，Ignavibacteriaceae是异养菌。除此之外，Paludibacter是反应器中主要水解发酵菌。